JP6754096B2 - 眼科用観察システムおよび眼科用観察制御プログラム - Google Patents

眼科用観察システムおよび眼科用観察制御プログラム Download PDF

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Description

本開示は、手術において生体を観察するために用いられる眼科用観察システムおよび眼科用観察制御プログラムに関する。
手術においてユーザ（例えば術者等）に生体を観察させるための種々のシステムが知られている。例えば、特許文献１には、光断層干渉計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）を用いたＯＣＴ装置と、患者眼の内部を拡大表示する手術顕微鏡を、手術中に同時に使用する技術が開示されている。
特開２０１５−１６３０９２号公報
手術中には、例えば、術者が観察したい位置を変更する場合、または、生体が動く場合等がある。このような場合、手術顕微鏡は、観察光学系のフォーカスの調整を実行する必要がある。また、ＯＣＴ装置も、ＯＣＴ光の調整（例えば、測定光束と参照光束の光路長差の調整等）を実行する必要がある。ＯＣＴ装置と手術顕微鏡を備えた従来の眼科用観察システムは、ＯＣＴ装置におけるＯＣＴ光の調整を、手術顕微鏡におけるフォーカスの調整とは独立して実行しているため、ＯＣＴ光の調整を高速且つ容易に実行することが困難であった。
本開示の典型的な目的は、ＯＣＴ光の調整を高速且つ容易に実行することが可能な眼科用観察システムおよび眼科用観察制御プログラムを提供することである。
本開示における典型的な実施形態が提供する眼科用観察システムは、手術顕微鏡と、ＯＣＴ信号を取得するＯＣＴ部と、制御部とを備えた眼科用観察システムであって、前記手術顕微鏡は、観察対象である生体からの観察光束を導光する観察光学系と、前記観察光学系における前記観察光束の光路上に設けられ、前記観察光学系のフォーカスを調整する観察フォーカス調整部と、を備え、前記ＯＣＴ部は、ＯＣＴ光源と、前記ＯＣＴ光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分割する光分割器と、前記参照光束と、前記生体で反射した測定光束の合成によって得られる干渉光を受光する受光素子と、前記測定光束の光路上、および前記参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられ、前記測定光束と前記参照光束の光路長差を調整する光路長差調整部と、を備え、前記制御部は、前記観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、前記ＯＣＴ部における前記光路長差調整部を駆動させる。
本開示における典型的な実施形態が提供する眼科用観察制御プログラムは、手術顕微鏡と、ＯＣＴ信号を取得するＯＣＴ部とを備えた眼科用観察システムを制御する制御装置において実行される眼科用観察制御プログラムであって、前記手術顕微鏡は、観察対象である生体からの観察光束を導光する観察光学系と、前記観察光学系における前記観察光束の光路上に設けられ、前記観察光学系のフォーカスを調整する観察フォーカス調整部と、を備え、前記ＯＣＴ部は、ＯＣＴ光源と、前記ＯＣＴ光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分割する光分割器と、前記参照光束と、前記生体で反射した測定光束の合成によって得られる干渉光を受光する受光素子と、前記測定光束の光路上、および前記参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられ、前記測定光束と前記参照光束の光路長差を調整する光路長差調整部と、を備え、前記眼科用観察制御プログラムが前記制御装置の制御部によって実行されることで、前記観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、前記ＯＣＴ部における前記光路長差調整部を駆動させる光路長差調整ステップを前記制御装置に実行させる。
本開示に係る眼科用観察システムおよび眼科用観察制御プログラムによると、ＯＣＴ光の調整が高速且つ容易に実行される。
観察システム１００の概略構成を示す図である。 ＯＣＴ部４０の概略構成を示す図である。 観察フォーカス自動調整処理の一例を示すフローチャートである。 顕微鏡画像１５上に設定される関心領域８１、評価領域８２、および走査位置８３を説明するための説明図である。 観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴ光の調整結果を説明するための説明図である。 観察目標位置ＳｔｐとＯＣＴ目標位置Ｏｔｐのずれ量を説明するための説明図である。 ＯＣＴのゼロディレイ位置Ｏｚを合わせる目標位置と、ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる目標位置がずれている例を示す図である。 観察フォーカス手動調整処理の一例を示すフローチャートである。 手術顕微鏡１とＯＣＴ部４０が別のデバイスである場合の観察システム１０１の概略構成を示す図である。
＜概要＞
本開示で例示する眼科用観察システムは、手術顕微鏡、ＯＣＴ部、および制御部を備える。手術顕微鏡は、観察光学系および観察フォーカス調整部を備える。観察光学系は、観察対象である生体からの観察光束を導光する。観察フォーカス調整部は、観察光学系における観察光束の光路上に設けられ、観察光学系のフォーカス（以下、「観察フォーカス」という）を調整する。ＯＣＴ部は、ＯＣＴ光源、光分割器、受光素子、および光路長差調整部を備える。ＯＣＴ光源はＯＣＴ光を出射する。光分割器は、ＯＣＴ光源から出射された光束を、測定光束と参照光束に分割する。受光素子は、参照光束と、生体で反射した測定光束の合成によって得られる干渉光を受光する。光路長差調整部は、測定光束の光路上、および参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられ、測定光束と参照光束の光路長差を調整する。制御部は、観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、ＯＣＴ部における光路長差調整部を駆動させる。
この場合、生体の動き、または観察位置の変更等が生じた場合でも、手術顕微鏡の観察光学系（顕微鏡観察光学系）のフォーカス状態の変化に伴って、ＯＣＴ部の光路長差も適切に調整される。従って、ＯＣＴ光の調整が高速且つ適切に実行される。
従来のように、観察光学系のフォーカス状態の変化にＯＣＴ部の光路長差の調整を連動させない場合には、ＯＣＴ部の制御部は、光路長差を変更させながら断層画像が取得される位置を探索する自動光路長（ＯＰＬ）調整のみを行うことも考えられる。しかし、この場合には、制御部は、光路長差を大幅に変動させながら広い範囲を探索する必要がある。これに対し、本開示に係る眼科用観察システムは、例えば、自動光路長調整よりも短時間で調整が可能な観察フォーカスの調整に連動させて、ＯＣＴ部の光路長差を調整することもできる。従って、ＯＣＴ光の調整が高速且つ適切に実行される。
なお、観察光学系のフォーカス状態の変化に応じた光路長差調整部の具体的な駆動方法は、適宜選択できる。例えば、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいて、観察する物体の位置の移動量ΔＺを算出し、算出したΔＺから光路長差調整部の駆動量を決定してもよい。また、観察フォーカス調整部の駆動量に対応する観察フォーカスの移動量と、光路長差調整部の駆動量に対応する光路長差の変動量との比率を用いても良い。この場合、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量と、前述した比率に応じて、光路長差調整部の駆動量を決定してもよい。また、制御部は、適切な観察フォーカスに対する現在の観察フォーカスのずれを検出し、検出した観察フォーカスのずれに基づいて光路長差調整部の駆動量を決定してもよい。この場合でも、観察光学系のフォーカス状態の変化に応じた光路長差の調整が適切に実行される。なお、制御部は、観察フォーカス調整部を駆動させた後に光路長差調整部を駆動させてもよい。また、観察フォーカス調整部を駆動する前に観察フォーカスのずれ量を取得できる場合（例えば、後述する位相差検出方式等によって観察フォーカス状態を取得できる場合）等には、観察フォーカス調整部と光路長差調整部を同時に連動させて駆動することも可能である。
眼科用観察システムは、手術顕微鏡とＯＣＴ部が一体となった１つのデバイスであってもよいし、手術顕微鏡と、手術顕微鏡とは別のデバイスであるＯＣＴ装置とを備えたシステムであってもよい。また、ＯＣＴ光の調整を制御する制御部は、ＯＣＴ部に設けられた制御部であってもよいし、手術顕微鏡に設けられた制御部であってもよい。手術顕微鏡とＯＣＴ部の各々に接続されたパーソナルコンピュータ等の制御部が、ＯＣＴ光の調整を制御してもよい。複数のデバイス（例えば、手術顕微鏡とＯＣＴ装置）の各々に設けられた制御部が、協同してＯＣＴ光の調整を制御してもよい。この場合、複数のデバイスが、眼科用観察システムを制御する制御装置として機能する。
制御部は、手術顕微鏡における観察光学系のフォーカス状態を取得してもよい。制御部は、観察光学系のフォーカス状態の取得結果に基づいて観察フォーカス調整部および光路長差調整部を駆動させてもよい。つまり、制御部は、観察光学系のオートフォーカスを実行しつつ、観察フォーカス調整部の駆動と光路長差調整部の駆動を連動させてもよい。この場合、観察光学系のオートフォーカスが実行されつつ、ＯＣＴ光の光路長差も適切に調整される。従って、顕微鏡画像とＯＣＴ信号が共に適切に取得される。
なお、観察光学系のフォーカス状態の取得結果に基づいて光路長差調整部の駆動させる具体的な方法も、適宜選択できる。例えば、制御部は、観察光学系のフォーカス状態の取得結果から、光路長差調整部の駆動量を算出してもよい。また、制御部は、観察光学系のフォーカス状態の取得結果から、観察フォーカス調整部の駆動量を算出し、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいて光路長差調整部の駆動量を算出してもよい。
観察光学系のオートフォーカスは、手術顕微鏡による生体の観察中に常に実行されてもよい。また、制御部は、観察光学系のオートフォーカスを実行させる指示がユーザによって入力された場合に、観察光学系のフォーカス状態を取得してオートフォーカスを実行してもよい。この場合、ユーザは、観察光学系のフォーカスを合わせたいタイミングで適宜オートフォーカスの実行指示を入力することで、適切に生体を観察することができる。
また、観察光学系のフォーカスは、ユーザの操作に応じて調整されてもよい。この場合でも、制御部は、観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて光路長差調整部を駆動させることで、ＯＣＴ光の調整を高速且つ適切に実行することができる。
手術顕微鏡は、観察光学系によって導光された観察光束を受光して生体の顕微鏡画像を撮影する撮影素子を備えていてもよい。制御部は、撮影素子によって撮影された顕微鏡画像を表示手段に表示させると共に、撮影素子からの信号に基づいて観察光学系のフォーカス状態を取得してもよい。この場合、顕微鏡画像を撮影するための撮影素子を利用して、観察光学系のフォーカス状態も取得することができる。従って、眼科用観察システムは、観察光学系のフォーカス状態を取得するための専用の構成が増加することを抑制しつつ、フォーカス状態を適切に取得することができる。
なお、撮影信号からの信号に基づいて観察光学系のフォーカス状態を取得する方式には、種々の方式を適用できる。
例えば、制御部は、コントラスト検出方式によってフォーカス状態を取得してもよい。この場合、制御部は、観察フォーカスを変更しながら、撮影素子によって撮影された顕微鏡画像を解析し、顕微鏡画像のコントラストが高くなる位置を観察フォーカスが合う位置とすることで、フォーカス状態を取得してもよい。
また、制御部は、像面位相差検出方式によってフォーカス状態を取得してもよい。この場合、像の位相差（視差）を検出するために左右方向に非対称な形状に形成された位相差画素が、撮影素子の画素の一部に組み込まれている。制御部は、左右いずれかの方向から入射する光が位相差画素によって選択的に受光されることで得られる信号に基づいて、位相差を算出する。制御部は、位相差が小さくなる位置を観察フォーカスが合う位置とすることで、フォーカス状態を取得してもよい。
ただし、フォーカス状態を取得する方式として、撮影素子からの信号を用いない方式を適用することも可能である。撮影素子からの信号を用いない方式を適用する場合、手術顕微鏡は、撮影素子を備えずに接眼レンズを介して生体をユーザに観察させる手術顕微鏡であってもよい。
例えば、顕微鏡画像を撮影する観察系の撮影素子とは別の位相差検出センサを用いる位相差検出方式を適用してもよい。この場合、手術顕微鏡は、観察光束から２つの像を作るセパレータレンズと、２つの像から位相差（視差）を検出するための位相差検出センサを備えていてもよい。制御部は、位相差検出センサによって得られる信号に基づいて位相差を算出し、位相差が小さくなる位置を観察フォーカスが合う位置とすることで、フォーカス状態を取得してもよい。
また、例えば、非点収差方式、ナイフエッジ方式、フーコー方式、臨界角方式等によってフォーカス状態が取得されてもよい。非点収差方式は、円筒レンズと対物レンズの焦点の位置のサによって生じる非点収差を利用して、フォーカス状態を検出する方式である。ナイフエッジ方式は、対物レンズと二分割フォトダイオードの間の対物レンズ焦点上に、光路の半面の光を遮る壁（ナイフエッジ）を設け、二分割フォトダイオードに入射する光の量によってフォーカス状態を検出する方式である。フーコー方式は、対物レンズによる集光点の位置と、プリズム表面位置の関係によって生じる光路の変化を、２つの二分割フォトダイオードによって検出することで、フォーカス状態を検出する方式である。臨界角方式は、臨界角プリズムを用いて、光の反射と透過の比率の変化を二分割フォトダイオードによって検出することで、フォーカス状態を検出する方式である。
制御部は、撮影された顕微鏡画像の領域内に関心領域（点および線も含む）を設定してもよい。制御部は、顕微鏡画像のうち、設定した関心領域を含む領域である評価領域内における信号に基づいて、観察光学系のフォーカス状態を取得してもよい。この場合、観察光学系のオートフォーカスが行われることで、関心領域の画像の品質が良好のまま維持される。従って、ユーザはより適切に生体を観察することができる。
なお、関心領域の具体的な設定方法は適宜選択できる。例えば、制御部は、関心領域を指定するために入力されるユーザからの指示に基づいて、指定された位置に関心領域を設定してもよい。また、制御部は、撮影された顕微鏡画像に対して画像処理を行い、顕微鏡画像に含まれる生体の特定の部位（例えば、眼底の顕微鏡画像の場合には、黄斑、視神経乳頭、または眼底血管等）を検出することで、関心領域を自動的に設定してもよい。また、撮影される画像領域内の特定の領域（例えば中心領域等）が、関心領域として予め定められていてもよい。関心領域と評価領域は一致していてもよい。
制御部は、撮影された顕微鏡画像の画像領域全体の信号に基づいて、観察光学系のフォーカス状態を検出することも可能である。この場合、顕微鏡画像の全体の画像品質が平均的に向上する。
制御部は、関心領域および評価領域の少なくともいずれかに基づいて、ＯＣＴ測定光束を走査させる位置（以下、「走査位置」という）を設定してもよい。この場合、測定光束の走査位置が、関心領域および評価領域の少なくともいずれかに連動する。従って、ユーザは、共に高品質な顕微鏡画像とＯＣＴ画像を用いて、所望する位置を観察することができる。
ただし、ＯＣＴ測定光束の走査位置は、関心領域および評価領域とは独立して設定されてもよい。例えば、ユーザは、顕微鏡画像における関心領域と、ＯＣＴ測定光束の走査位置の各々を、別々に指定できてもよい。また、制御部は、ＯＣＴ測定光束の走査位置がユーザによって指定された後、指定された走査位置に基づいて関心領域および評価領域の少なくともいずれかを設定してもよい。例えば、制御部は、指定された走査位置を含む領域を評価領域として設定してもよい。
制御部は、撮影された顕微鏡画像に対して画像処理を行うことで、顕微鏡画像に写り込んでいる被写体（例えば、生体、または、生体に対して固定された位置に配置される前置レンズの開口の位置等）の動きを検出してもよい。制御部は、検出した被写体の動きに応じて、顕微鏡画像における評価領域の位置を追従（トラッキング）させてもよい。この場合、被写体が動いても、関心領域の画像の品質が良好のまま維持される。
制御部は、観察光学系のフォーカス状態の変化とＯＣＴ信号の解析結果に基づいて、光路長差調整部を駆動させてもよい。この場合、実際に取得されているＯＣＴ信号の解析結果も考慮されたうえで光路長差調整部が駆動される。従って、光路長差の調整がより適切に実行される。
なお、この場合の光路長差調整部の具体的な制御方法は適宜選択できる。例えば、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいて、光路長差調整部を第１位置に駆動させた後、ＯＣＴ信号の解析結果に基づいて（例えば、ＯＣＴ信号のレベルが閾値以上となる位置に）光路長差調整部を駆動させてもよい。また、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいて光路長差調整部を第１位置に向けて駆動させながら、ＯＣＴ信号の解析結果を参照することで、駆動を停止させる位置を判断してもよい。また、ＯＣＴ信号の解析結果を用いずに光路長差調整部を駆動させることも可能である。
生体の動き、または観察位置の変更等が生じた場合、ＯＣＴの測定光束のフォーカス（以下、「ＯＣＴフォーカス」という）も調整した方が望ましい場合がある。制御部は、観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、ＯＣＴフォーカス調整部を駆動させてもよい。この場合、光路長差と共にＯＣＴフォーカスも高速且つ適切に調整される。
制御部は、観察光学系のフォーカス状態の変化とＯＣＴ信号の解析結果に基づいて、ＯＣＴフォーカス調整部を駆動させてもよい。この場合、実際に取得されているＯＣＴ信号の解析結果も考慮されたうえでＯＣＴフォーカス調整部が駆動される。従って、ＯＣＴフォーカスの調整がより適切に実行される。
なお、この場合のＯＣＴフォーカス調整部の具体的な制御方法は適宜選択できる。例えば、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいて、ＯＣＴフォーカス調整部を第１位置に駆動させた後、ＯＣＴ信号の解析結果に基づいて（例えば、ＯＣＴ信号のレベルが閾値以上となる位置に）ＯＣＴフォーカス調整部を駆動させてもよい。また、制御部は、観察フォーカス調整部の駆動量に基づいてＯＣＴフォーカス調整部を第１位置に向けて駆動させながら、ＯＣＴ信号の解析結果を参照することで、駆動を停止させる位置を判断してもよい。また、ＯＣＴ信号の解析結果を用いずにＯＣＴフォーカス調整部を駆動させることも可能である。
制御部は、観察光学系の光学パラメータを取得し、取得した光学パラメータに基づいて、光路長差調整部およびＯＣＴフォーカス調整部の少なくともいずれかを駆動させてもよい。この場合、観察光学系の光学パラメータ（例えば可変の焦点距離等）が変更されても、変更された光学パラメータに応じて適切にＯＣＴ光が調整される。
制御部は、眼底の観察画角を広げる広角観察ユニットが使用されているか否かに応じて、光路長差調整部およびＯＣＴフォーカス調整部の少なくともいずれかの駆動量を変更してもよい。この場合、広角観察ユニットが使用されているか否かに応じて、観察光学系のフォーカス状態の変化に連動したＯＣＴ光の調整が適切に実行される。なお、制御部は、広角観察ユニットが使用されていない場合の光学パラメータと、広角観察ユニットが使用される場合の光学パラメータを予め保持しておき、いずれかの光学パラメータに基づいて駆動量を決定してもよい。
制御部は、観察光学系のフォーカスを合わせる基準とする目標位置と、ＯＣＴ信号を取得する基準とする目標位置の、光束に沿う深さ方向のずれ量を取得してもよい。制御部は、取得したずれ量に応じて、光路長差調整部およびＯＣＴフォーカス調整部の少なくともいずれかを駆動させてもよい。この場合、観察光学系の目標位置と、ＯＣＴ部の目標位置がずれているか否かに関わらず、ＯＣＴ光の調整が高速且つ適切に実行される。なお、２つの目標位置が同一の深さ方向に位置している場合には、ずれ量がゼロである旨が取得されて、ＯＣＴ光が調整される。
＜実施形態＞
以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照して説明する。本実施形態では、眼科手術において患者眼の立体視等を行うための観察システム１００を例示する。しかし、本実施形態で例示する技術の少なくとも一部は、眼科以外の用途に用いられる観察システムにも適用できる。図１に示すように、本実施形態の観察システム１００は、手術顕微鏡１、ＯＣＴ部４０、および制御部６０を備える。なお、以下の説明では、手術顕微鏡１の観察光束ＲＳ，ＬＳに沿う方向をＺ方向、Ｚ方向に交差する方向をＸＹ方向とする。
手術顕微鏡１について説明する。図１に示すように、本実施形態の手術顕微鏡１は、ベース部２、アーム部４、および観察装置１０を備える。ベース部２は、手術顕微鏡１の土台となる部分である。本実施形態では、後述する制御部６０がベース部２内に内蔵されている。アーム部４は、少なくとも１つの関節部を有し、観察装置１０を可動可能に支持する。
観察装置１０は、照明光学系２０、ビームスプリッタ２５、反射ミラー２６、および観察光学系３０を備える。照明光学系１０は、観察対象である生体（本実施形態では患者眼Ｅ）を照明する照明光を出射する。照明光学系１０は、観察光学系３０における右眼用の観察光束ＲＳの光軸と同軸とされる照明光と、観察光学系３０における左眼用の観察光束ＬＳの光軸と同軸とされる照明光を出射することが可能である。ただし、照明光は、観察光束ＲＳ，ＬＳの光軸とは異なる角度から観察対象に向けて照射される照明光であってもよい。なお、本実施形態における観察光束ＲＳ，ＬＳとは、観察対象からの光束（例えば、観察対象によって反射された照明光の光束）のうち、ユーザＵによって観察される光を生成するために観察光学系３０によって導光される光束を言う。
ビームスプリッタ２５は、照明光学系１０が出射する照明光の光軸と、観察光学系３０における観察光束ＲＳ，ＬＳの光軸を同軸とする光軸結合素子の一例である。図１に例示するビームスプリッタ２５は、照明光学系１０から出射された照明光の少なくとも一部を反射させると共に、観察対象からの観察光束ＲＳ，ＬＳの少なくとも一部を透過させることで、照明光の光軸と観察光束ＲＳ，ＬＳの光軸を同軸とする。ビームスプリッタ２５によって反射された照明光は、観察光束ＲＳ，ＬＳの光路の一部と同じ光路を、観察光束ＲＳ，ＬＳの進行方向とは逆の方向に進み、観察対象に照射される。
反射ミラー２６は、ＯＣＴ部４０（詳細は後述する）が出射するＯＣＴ信号測定用の測定光束を、生体に向けて反射させる。図１に例示する反射ミラー２６は、観察光束ＲＳ，ＬＳおよび照明光と干渉しない位置（本実施形態では、２つの観察光束ＲＳ，ＬＳの間）に設けられている。なお、図１では、反射ミラー２６は、ビームスプリッタ２５と観察フォーカス調整部３２（後述する）の間に設けられているが、反射ミラー２６の位置はＯＣＴ部４０の位置等に応じて適宜変更できる。
観察光学系３０は、観察対象をユーザに観察（本実施形態では立体視）させるために、観察対象からの観察光束を導光する。本実施形態の手術顕微鏡１は、ユーザＵの右眼で観察される観察画像と、ユーザＵの左眼で観察される観察画像をディスプレイ（本実施形態では立体画像表示装置）６７に表示させる（つまり、左右の顕微鏡画像をディスプレイ６７に表示させる）ことで、観察対象をユーザＵに立体視させる。従って、観察光学系３０は、観察対象からの右眼用の観察光束ＲＳを右眼用撮影素子３６Ｒに導光すると共に、左眼用の観察光束ＬＳを左眼用撮影素子３６Ｌに導光する。制御部５０は、２つの撮影素子３６Ｒ，３６Ｌによる撮影信号に基づいて、ディスプレイ６７の画像表示を制御する。なお、観察対象を立体視させるためのディスプレイには、例えば、３Ｄディスプレイ、ステレオビューア、またはヘッドマウントディスプレイ等の各種デバイスを採用できる。また、右眼用の観察光束ＲＳが導光される右眼用撮影素子３６Ｒと、左眼用の観察光束ＬＳが導光される左眼用撮影素子３６Ｌが別々に設けられている必要は無い。例えば、１つの撮影素子の撮影エリア内に、右眼用の観察光束ＲＳが導光されるエリアと、左眼用の観察光束ＬＳが導光されるエリアがそれぞれ設けられていてもよい。
ユーザは、広角観察ユニット３７を使用した状態で生体を観察することもできる。広角観察ユニット３７は、患者眼Ｅの眼底の観察画角を広げるために使用される。例えば、ユーザは、患者眼Ｅの眼底を観察する際に広角観察ユニット３７を使用し、患者眼Ｅの前眼部を観察する際に広角観察ユニット３７を取り外すことで、部位に応じた適切な観察を行うことができる。本実施形態における広角観察ユニット３７は、観察光学系３０側に配置される縮小レンズ３８と、患者眼Ｅ側に配置される前置レンズ３９を備える。本実施形態では、前置レンズ３９は、患者眼Ｅに対して固定された位置に配置される。従って、患者眼Ｅが動くと前置レンズ３９も動く。詳細は後述するが、制御部６０は、前置レンズ３９の位置を検出することで、患者眼Ｅの動きを検出することもできる。もちろん、上記に限らず、前置レンズ３９は、観察装置１０に固定される構成であってもよい。
観察光学系３０は、対物レンズ３１、観察フォーカス調整部３２、ズームレンズ群３５、および前述した撮影素子３６Ｒ，３６Ｌを備える。観察フォーカス調整部３２は、観察光束ＲＳ，ＬＳの光路上に設けられており、観察光学系３０のフォーカスを調整することができる。ズームレンズ群３５は、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌによる生体の撮影倍率を変更することができる。本実施形態では、ズームレンズ群３５におけるレンズの少なくとも一部が観察光束ＲＳ，ＬＳに沿う方向に移動されることで、撮影倍率が変更される。
一例として、本実施形態の観察フォーカス調整部３２は、貼り合わせ正レンズである対物レンズ３１と、観察フォーカス調整モータ３４を備える。さらに、広角観察ユニット３７が使用される場合には、広角観察ユニット３７の縮小レンズ（正レンズ）３８も、観察フォーカス調整部３２の一部となる。観察フォーカス調整モータ３４は、対物レンズ３１（広角観察ユニット３７が使用される場合には、対物レンズ３１と縮小レンズ３８）を、観察光束ＲＳ，ＬＳに沿う方向に移動させる。その結果、観察光学系３０のフォーカス（以下、「観察フォーカス」という）が変更される。なお、本実施形態では、観察フォーカス調整モータ３４として、対物レンズ３１を移動させるモータと、縮小レンズ３８を移動させるモータが別々に設けられている。従って、対物レンズ３１と、対物レンズ３１の鏡筒外に設置される縮小レンズ３８が、共に適切に移動される。しかし、対物レンズ３１と縮小レンズ３８が１つのモータで移動されてもよいことは言うまでもない。
なお、観察フォーカス調整部の構成を変更することも可能である。例えば、観察フォーカス調整部は、ズームレンズ群３５におけるレンズの少なくとも一部（例えば、図１の例では、光路の上流側から正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの順に並んでいるレンズのうち、最も上流側の正レンズ）を観察光束ＲＳ，ＬＳに沿う方向に移動させることで、観察フォーカスを調整してもよい。また、観察フォーカス調整部は、対物レンズ３１よりも光路の撮影素子３６Ｒ，３６Ｌ側に負レンズ３３（図９参照）を備え、観察フォーカス調整モータ３４によって負レンズ３３を観察光束ＲＳ，ＬＳに沿う方向に移動させることで、観察フォーカスを調整してもよい。観察フォーカス調整モータを用いずに、ユーザによる手動操作によって観察フォーカス調整部が駆動されてもよい。
また、観察光学系３０は、ユーザＵに接眼レンズを覗かせて観察対象を立体視させるための構成をさらに備えていてもよい。この場合、観察光学系３０は、右眼用の観察光束ＲＳをユーザＵの右眼用の接眼レンズに導光すると共に、左眼用の観察光束ＬＳをユーザＵの左眼用の接眼レンズに導光すればよい。
ＯＣＴ部４０について説明する。ＯＣＴ部４０は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）の原理を用いてＯＣＴ信号（本実施形態では、ＯＣＴ断層画像）を取得する。本実施形態では、ＯＣＴ部４０は、手術顕微鏡１における観察装置１０に組み込まれている。つまり、本実施形態では、手術顕微鏡１とＯＣＴ部４０が一体となっている。しかし、観察システム１００では、手術顕微鏡１とＯＣＴ部４０が別のデバイスとなっていてもよい。
図２を参照して、ＯＣＴ部４０の光学系の構成について説明する。ＯＣＴ部４０は、ＯＣＴ光源４１、カップラー（光分割器）４２、測定光学系４３、参照光学系５４、および受光素子（検出器）５９を備える。ＯＣＴ光源４１は、ＯＣＴ信号を取得するための光（ＯＣＴ光）を出射する。カップラー４２は、ＯＣＴ光源４１から出射された光束を、測定光束と参照光束に分割する。また、本実施形態のカップラー４２は、生体によって反射された測定光束と、参照光学系５４によって生成された参照光束とを合成し、受光素子５９に受光させる。
測定光学系４３は、カップラー４２によって分割された測定光束を生体（患者眼Ｅ）に導くと共に、生体によって反射された測定光束をカップラー４２に戻す。本実施形態では、測定光学系４３は、光路の上流側（ＯＣＴ光源４１側）から順に、コリメータレンズ４４、ＮＡ調整部４５、光スキャナ４６、レンズ５０、およびレンズ５２を備える。コリメータレンズ４４は、カップラー４２によって分割されてファイバを通過した測定光束を平行光束とする。
ＮＡ調整部４５は、コリメータレンズ４４から平行光束として入射する測定光束のビーム径を変更することで、生体に向けて集光される測定光束の開口数ＮＡを調整する。一例として、本実施形態のＮＡ調整部４５には、公知の無限焦点ズームシステムが採用されている。制御部６０は、ＮＡ調整部４５に設けられたモータ（図示せず）の駆動を制御し、ＮＡ調整部４５が備えるレンズを光軸方向に移動させることで、ビーム径を変更する。その結果、生体に向けて集光される測定光束の開口数ＮＡが調整されて、ＯＣＴ信号を取得する際の横分解能と焦点深度が調整される。
光スキャナ４６は、駆動部（図示せず）によって駆動されることで、測定光束を二次元方向に走査させる。その結果、生体におけるＯＣＴ信号の取得位置が決定される。本実施形態の光スキャナ４６は、患者眼Ｅの瞳孔と略共役な位置に設けられている。また、本実施形態では、互いに異なる方向に測定光束を偏向させることが可能な２つのガルバノミラーが光スキャナ４６として用いられている。しかし、光を偏向させる別のデバイス（例えば、ポリゴンミラー、レゾナントスキャナ、音響光学素子等の少なくともいずれか）が光スキャナ４６として用いられてもよい。
レンズ５０およびレンズ５２は、光スキャナ４６よりも下流側（つまり、生体側）の測定光束の光路上に設けられており、測定光束を患者眼Ｅに向けて投影する投影光学系として機能する。本実施形態のレンズ５０，５２はケプラー式望遠鏡である。なお、ＯＣＴ部４０は、測定光束を導光する測定光学系４３のフォーカス（以下、「ＯＣＴフォーカス」という）を調整するＯＣＴフォーカス調整部４９を備える。図２に例示するＯＣＴフォーカス調整部４９は、ケプラー式望遠鏡における前群のレンズ５０と、ＯＣＴフォーカス調整モータ５１を備える。ＯＣＴフォーカス調整モータ５１は、レンズ５０を測定光束に沿う方向に移動させることでＯＣＴフォーカスを調整することができる。
参照光学系５４は、参照光束を導光してカップラー４２に戻す。本実施形態の参照光学系５４は、コリメータレンズ５５および参照ミラー５７を備える。コリメータレンズ５５は、カップラー４２によって分割されてファイバを通過した参照光束を平行光束とする。参照ミラー５７は、参照光束を反射させてカップラー４２に戻す。なお、参照光学系５４の構成は変更できる。例えば、参照光学系５４は、カップラー４２から導かれた参照光束を反射させずに、光ファイバ等の透過光学系によってカップラー４２に戻してもよい。
ＯＣＴ部４０は、測定光束と参照光束の光路長差を調整する光路長差調整部５６を備える。光路長差が調整されることで、ＯＣＴ信号が取得される深さ方向（Ｚ方向）の範囲（断層画像を取得する場合には、断層画像の深さ方向の視野）が変更される。光路長差調整部５６は、測定光束の光路上、および参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられる。図２に例示する光路長差調整部５６は、参照ミラー５７と、光路長差調整モータ５８を備える。光路長差調整モータ５８は、参照ミラー５７を参照光束に沿う方向に移動させることで、光路長差を調整する。ただし、光路長差調整部の構成も適宜変更できる。例えば、光路長差調整部は、測定光束の光路上に設けられたコリメータレンズ４４と、カップラー４２から測定光束を導くファイバの端部を光軸方向に移動させることで、光路長差を調整してもよい。また、光路長差調整部は、参照光束の光路上に設けられたコリメータレンズ５５と、カップラー４２から参照光束を導くファイバの端部を光軸方向に移動させることで、光路長差を調整してもよい。
受光素子５９は、測定光束と参照光束の干渉状態を検出する。フーリエドメインＯＣＴの場合には、干渉光のスペクトル強度が受光素子５９によって検出され、スペクトル強度データに対するフーリエ変換によって、所定範囲における深さプロファイル（Ａスキャン信号）が取得される。観察システム１００には、種々のＯＣＴを採用できる。例えば、Ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）、Ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）、Ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）等のいずれを観察システム１００に採用してもよい。
図１の説明に戻る。制御部６０は、観察システム１００の各種制御（例えば、ＯＣＴ部４０によるＯＣＴ光の調整制御等）を司る。制御部６０は、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、および不揮発性メモリ（ＮＶＭ）６４を備える。ＣＰＵ６１は各種制御を行うコントローラである。ＲＡＭ６２は各種情報を一時的に記憶する。ＲＯＭ６３には、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、および各種初期値等が記憶されている。ＮＶＭ６４は、電源の供給が遮断されても記憶内容を保持できる非一過性の記憶媒体である。後述する各種処理を実行するための観察制御プログラムは、ＮＶＭ６４に記憶されていてもよい。
なお、本実施形態では、一例として、手術顕微鏡１に設けられた制御部６０が、ＯＣＴ光の調整制御等を行う制御部として機能する。つまり、本実施形態では、手術顕微鏡１が、観察システム１００を制御する制御装置として機能する。しかし、観察システム１００の制御を司る制御部（つまり、観察制御プログラムを実行する制御部）の構成は、適宜変更できる。例えば、手術顕微鏡１とは別のデバイスとして設けられたＯＣＴ装置が、観察システム１００を制御する制御装置として機能してもよい。また、手術顕微鏡１に接続されたパーソナルコンピュータ（図示せず）の制御部が、観察システム１００を制御してもよい。複数の装置の各々に設けられた制御部（例えば、手術顕微鏡１の制御部６０と、ＯＣＴ装置の制御部）が協同して、観察システム１００を制御してもよい。
操作部６８は、ユーザＵが各種操作指示を観察システム１００に入力するために、ユーザによって操作される。本実施形態では、操作部６８として、ユーザＵの足で操作されるフットスイッチが少なくとも設けられている。従って、ユーザＵは、手術器具等を手で扱いながら、各種操作指示を操作部６８から入力することができる。ただし、フットスイッチと共に、またはフットスイッチの代わりに、他のデバイス（例えば、各種ボタンおよびタッチパネル等）が操作部６８として用いられてもよい。
＜観察光学系のフォーカス状態の取得＞
本実施形態の制御部６０は、手術顕微鏡１における観察光学系３０のフォーカス状態（以下、単に「観察フォーカス状態」という場合もある）を取得することができる。以下、観察フォーカス状態の取得方法の一例について説明する。本実施形態の制御部６０は、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号に基づいて観察フォーカス状態を取得する。従って、本実施形態の観察システム１００では、観察フォーカス状態を取得（検出）するための専用の構成を省略することができる。
一例として、本実施形態の制御部６０は、コントラスト検出方式または像面位相差検出方式によって観察フォーカス状態を取得する。コントラスト検出方式では、制御部６０は、観察フォーカス調整部３２によって観察フォーカスを変更しながら、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌによって撮影された顕微鏡画像を解析し、顕微鏡画像のコントラストを検出する。制御部６０は、顕微鏡画像６０のコントラストが最も高くなる位置を、観察フォーカスが合う位置とすることで、観察フォーカス状態を取得する。また、像面位相差検出方式では、像の位相差（視差）を検出するために左右方向に非対称な形状に形成された位相差画素が、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌの少なくともいずれかにおける画素の一部に組み込まれている。制御部６０は、左右いずれかの方向から入射する光が位相差画素によって選択的に受光されることで得られる信号に基づいて、位相差を算出する。制御部６０は、位相差が小さくなる位置を観察フォーカスが合う位置とすることで、観察フォーカス状態を取得する。
なお、前述したように、観察フォーカス状態を取得する方式として、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号を用いない方式を利用することも可能である。この場合、手術顕微鏡１は、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌを備えずに接眼レンズを介して生体をユーザに観察させる構成であってもよい。
＜観察システム制御処理＞
以下、観察システム１００の制御部（本実施形態では手術顕微鏡１の制御部６０）が実行する観察システム制御処理について説明する。制御部６０のＣＰＵ６１は、ＮＶＭ６４に記憶された観察システム制御プログラムに従って、以下説明する各種処理を実行する。
＜観察フォーカス自動調整時処理＞
図３〜図７を参照して、観察フォーカス自動調整時処理について説明する。観察フォーカス自動調整時処理は、観察フォーカスを自動的に調整する際に実行される処理の一例である。
図３に示すように、ＣＰＵ６１は事前処理を開始する（Ｓ１）。前述したように、ＣＰＵ６１は、観察光学系３０の撮影素子３６Ｒ，３６Ｌによって患者眼Ｅを撮影する。事前処理では、ＣＰＵ６１は、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの撮影信号に基づいて、ディスプレイ６７への顕微鏡画像の表示を開始させる。また、ＣＰＵ５１は、観察光学系３０の光学パラメータに基づいて、ＯＣＴ部４０における光路長差を調整する。例えば、焦点距離を変更できる対物レンズ３１が用いられており、焦点距離が１７０ｍｍから２００ｍｍに変更された場合を例示する。この場合、対物レンズ３１から患者眼Ｅまでの距離（ワーキングディスタンス）も３０ｍｍ程度長くなる。従って、ＣＰＵ５１は、観察光学系３０の光学パラメータ（焦点距離）に基づいて光路長差調整部５６の駆動を制御し、光路長差を３０ｍｍ程度変化させる。
次いで、ＣＰＵ６１は、関心領域を指定する指示がユーザによって入力されたか否かを判断する（Ｓ２）。関心領域とは、観察光学系３０のフォーカスを調整する基準となる顕微鏡画像の画像領域内の領域（点の領域も含む）である。本実施形態では、ユーザは、図４に示すように、ディスプレイ６７に表示された顕微鏡画像１５を確認しながら操作部６８を操作することで、関心領域８１を指定する指示を入力することができる。従って、ユーザは、顕微鏡画像１５上で特に注目したい領域が存在する場合に、注目したい領域を関心領域８１として指定することで、注目したい領域に観察フォーカスが合った状態で顕微鏡画像１５を観察することができる。また、本実施形態では、ユーザは、観察中に操作部６８を操作することで、関心領域８１を変更することもできる。ＣＰＵ６１は、関心領域８１が指定（関心領域８２を変更する指定を含む）されると（Ｓ２：ＹＥＳ）、顕微鏡画像１５の画像領域内の指定された位置に関心領域８１を設定する（Ｓ３）。
次いで、ＣＰＵ６１は、設定した関心領域８１を含む領域であるフォーカス評価領域（以下、単に「評価領域」という場合もある）８２を、顕微鏡画像１５の画像領域内に設定する（Ｓ４）。前述したように、本実施形態では、顕微鏡画像１５を撮影する撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号に基づいて、観察フォーカス状態が取得される。評価領域８２とは、観察フォーカス状態を取得するための信号が撮影素子３６Ｒ，３６Ｌから取得される顕微鏡画像１５内の領域である。詳細は後述するが、評価領域８２が設定されると、ＣＰＵ６１は、評価領域８２内における撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号に基づいて観察フォーカス状態を取得し、観察フォーカスを調整する（Ｓ１０，Ｓ１１）。また、図４に示すように、Ｓ４で設定される評価領域８２には、関心領域８１が含まれる。従って、関心領域８１に観察フォーカスが合った状態で、顕微鏡画像１５が取得される。
次いで、ＣＰＵ６１は、設定した関心領域８１および評価領域８２の少なくともいずれかに基づいて、ＯＣＴ信号を取得するための測定光束の走査位置８３を設定する（Ｓ５）。この場合、走査位置８３が、関心領域８１および評価領域８２の少なくともいずれかに連動する。従って、ユーザは、共に高品質な顕微鏡画像１５とＯＣＴ画像を用いて、注目したい位置を観察することができる。なお、図４に示す例では、ＣＰＵ６１は、関心領域８１を通過し、且つ評価領域８２内に収まるように、走査位置８３を設定している。しかし、走査位置８３の設定方法も適宜変更できる。例えば、走査位置８３が評価領域８２の外側にはみ出してもよい。また、ＣＰＵ６１は、関心領域８１に関わらず、走査位置８３を評価領域８２内に設定してもよい。
なお、関心領域８１を指定する指示が入力されていなければ（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ３〜Ｓ５の処理は行われずに、処理はそのままＳ７へ移行する。また、関心領域８１および評価領域８２の設定方法を変更してもよい。例えば、ＣＰＵ６１は、顕微鏡画像１５に対して画像処理を行い、顕微鏡画像１５に含まれる生体の特定の部位（例えば、図４では、視神経乳頭７１、黄斑７２、および眼底血管７３の少なくともいずれか）を検出することで、特定の部位に対して所定の関係にある位置に関心領域８１を設定してもよい。撮影される画像領域内の特定の領域（例えば、画像領域の中心等）が、予め関心領域８１として定められていてもよい。また、顕微鏡画像１５の画像領域の全体が評価領域８２に設定されてもよい。関心領域８１および評価領域８２とは独立して走査位置８３が設定されてもよい。また、ＣＰＵ６１は、ＯＣＴ測定光束の走査位置８３がユーザによって指定された後、指定された走査位置８３に基づいて、関心領域８１および評価領域８２の少なくともいずれかを設定してもよい。例えば、制御部６１は、走査位置８３を含む領域を評価領域８２として設定してもよい。
次いで、ＣＰＵ６１は、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌによって撮影された顕微鏡画像１５に対して画像処理を行うことで、顕微鏡画像１５に写っている被写体の動きを検出する（Ｓ７）。例えば、ＣＰＵ６１は、画像処理を行うことで、生体の特定部位（例えば、図４では、視神経乳頭７１、黄斑７２、および眼底血管７３の少なくともいずれか）を検出し、特定部位の移動を検出することで被写体の動きを検出してもよい。また、光学観察ユニット３７（図１参照）が使用されている場合には、ＣＰＵ６１は、広角観察ユニット３７が備える前置レンズ３９の位置（例えば、前置レンズ３９の開口の位置）の移動を検出することで、被写体の動きを検出してもよい。
次いで、ＣＰＵ６１は、検出した被写体の動きに応じて、顕微鏡画像１５における評価領域８２の位置を追従（トラッキング）させる（Ｓ８）。その結果、被写体が動いても、関心領域８１における顕微鏡画像１５の品質が良好のまま維持される。なお、ＣＰＵ６１は、検出した被写体の動きに応じて、ＯＣＴ測定光束の走査位置８３を追従（トラッキング）させる処理も実行する。
次いで、ＣＰＵ６１は、観察フォーカス状態を取得する（Ｓ１０）。前述したように、本実施形態のＣＰＵ６１は、評価領域８２内における撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号に基づいて観察フォーカス状態を取得する。しかし、ＣＰＵ６１は、顕微鏡画像１５の全体における信号に基づいて観察フォーカス状態を取得することも可能である。また、撮影素子３６Ｒ，３６Ｌからの信号を用いずに観察フォーカス状態が取得されてもよい。
次いで、ＣＰＵ６１は、観察フォーカス状態の取得結果に基づいて観察フォーカス調整部３２の駆動を制御することで、観察フォーカスを調整する（Ｓ１１）。つまり、ＣＰＵ６１は、観察光学系３０のオートフォーカスを実行する。例えば、図５に示す例では、観察フォーカスを合わせる基準とする観察目標位置Ｓｔｐ（本実施形態では関心領域８１に一致）は、眼底における網膜上に設定されている。患者眼Ｅが動かなければ、Ｚ方向における観察フォーカスは、観察目標位置Ｓｔｐに合うＳｆ１のまま維持される。ここで、患者眼Ｅが＋Ｚ方向（図５における下方）に動くと、ＣＰＵ６１は、観察フォーカス状態が合っていないことを検出し、＋Ｚ方向に移動した観察目標位置Ｓｔｐに観察フォーカスが合うように、Ｚ方向における観察フォーカスをＳｆ２に変更する。また、観察目標位置Ｓｔｐがユーザの指示によって変更された場合等にも、適切な観察フォーカスは変化し得る。この場合でも、本実施形態では適切に観察フォーカスが調整される。
次いで、観察フォーカス状態の変化に応じてＯＣＴ光を調整するための処理が行われる（Ｓ１３〜Ｓ１７）。一例として、本実施形態のＣＰＵ６１は、観察光学系３０（観察フォーカス調整部３２を含む）の光学パラメータと、観察フォーカス調整部３２の駆動量に基づいて、観察フォーカスを合わせる物体位置（例えば、図５の例では眼底上の観察目標位置Ｓｔｐ）が移動した量ΔＺを算出する。ＣＰＵ６１は、移動量ΔＺに基づいてＯＣＴ光を調整する。以下、詳細に説明する。
まず、ＣＰＵ６１は、観察光学系３０の光学パラメータを取得する（Ｓ１３）。本実施形態では、観察フォーカス調整部３２によって変化する観察光学系３０の焦点距離が取得される。さらに、本実施形態では、広角観察ユニット３７（図１参照）が使用されているか否かに応じて光学パラメータが変化する。従って、本実施形態のＣＰＵ６１は、広角観察ユニット３７の有無に応じた光学パラメータを取得する。具体的には、本実施形態では、観察光学系３０の中間像（前置レンズ３９の前側焦点位置）への観察物体の結像倍率β１、および縦倍率α１（広角観察ユニット３７が使用されるか否か、および焦点距離に応じて変化する）が、観察光学系３０の光学パラメータとして取得される。また、本実施形態では、ＯＣＴ部４０の観察物体のケプラー式望遠鏡における前群のレンズ５０の焦点位置、すなわちファイバ端面の中間像への結像倍率β２および縦倍率α２も取得される。
次いで、ＣＰＵ６１は、観察フォーカスを合わせる物体位置がＺ方向において移動した量ΔＺを、観察フォーカス状態の変化に基づいて算出する（Ｓ１４）。例えば、図５に示す例では、観察フォーカスを合わせる観察目標位置Ｓｔｐが＋Ｚ方向に移動したことに伴い、観察フォーカス調整部３２によって観察フォーカスが調整される。従って、ＣＰＵ６１は、観察フォーカス調整部３２の駆動量から、物体位置の移動量ΔＺを算出することができる。図１に示す例では、中間像位置における観察フォーカスの移動量（観察フォーカス調整部３２における対物レンズ３１および縮小レンズ３８の繰出し量に一致する）をΔＺ１とすると、ΔＺ＝α１×ΔＺ１＝β１ ２×ΔＺ１となる。
次いで、ＣＰＵ６１は、観察フォーカスＳｆを合わせる基準とする観察目標位置と、ＯＣＴ信号を取得する基準とするＯＣＴ目標位置の、光束に沿う深さ方向のずれ量を取得する（Ｓ１５）。なお、ＯＣＴ目標位置は、ゼロディレイ位置（ＯＣＴ光の光路長差がゼロとなる位置）を合わせる基準とする目標位置、および、ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる基準とする目標位置の少なくともいずれかとされる。本実施形態の観察システム１００では、ユーザは、操作部６８を操作することで、観察目標位置とＯＣＴ目標位置を別々に指定することも可能である。なお、観察目標位置とＯＣＴ目標位置が深さ方向において一致している場合（例えば、図５参照）には、Ｓ１５で取得されるずれ量はゼロとなる。
図６および図７では、図５とは異なり、患者眼Ｅの眼底ではなく前眼部を観察する場合を例示している。図６に示す例では、観察目標位置Ｓｔｐは、患者眼Ｅの角膜頂点に設定されている。これに対し、ゼロディレイ位置およびＯＣＴフォーカスの両方を合わせる基準とするＯＣＴ目標位置Ｏｔｐは、水晶体の内部に設定されている。この場合、観察目標位置ＳｔｐとＯＣＴ目標位置Ｏｔｐのずれ量は、図に示す「ｓｈｉｆｔ ｌｅｎｇｔｈ」となる。
また、図７に示す例では、ＯＣＴのゼロディレイ位置Ｏｚを合わせる目標位置と、ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる目標位置Ｏｔｐが、Ｚ方向にずれている。このように、ゼロディレイ位置ＯｚとＯＣＴフォーカスＯｆをずらすように設定することも可能である。図７に示す例では、ゼロディレイ位置Ｏｚを合わせる目標位置と、観察目標位置Ｓｔｐは、共に角膜頂点に設定されている。ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる目標位置Ｏｔｐは、水晶体後面に設定されている。その結果、角膜頂点から水晶体後面までの広い範囲で良好なＯＣＴ信号が取得される。なお、図７に示す例では、ＣＰＵ６１は、観察目標位置Ｓｔｐと、ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる目標位置Ｏｔｐのずれ量「ｓｈｉｆｔ ｌｅｎｇｔｈ」を、Ｓ１５において取得する。
次いで、ＣＰＵ６１は、物体位置の移動量ΔＺに基づいてＯＣＴ部４１の光路長差調整部５６を駆動させることで、光路長差を調整する（Ｓ１６）。本実施形態では、ＣＰＵ６１は、光路長差調整部５６の光路長差調整モータ５８の駆動を制御し、ΔＺ×ｎｇ（ｎｇは、患者眼Ｅの群屈折率）だけ参照ミラー５７を移動させることで、光路長差を調整する。例えば、図５に示す例では、Ｓｆ１からＳｆ２への観察フォーカスの変化に伴って光路長差が調整される結果、Ｚ方向の地点Ａが中心となっていたＯＣＴ信号取得範囲が、地点Ｂを中心とするＯＣＴ信号取得範囲に変更される。なお、観察目標位置Ｓｔｐと、ゼロディレイ位置を合わせる目標位置がずれている場合（例えば図６参照）には、ＣＰＵ６１は、Ｓ１５で取得したずれ量も考慮して光路長差調整部５６を駆動させる。従って、観察目標位置Ｓｔｐと、ゼロディレイ位置を合わせる目標位置がずれている場合でも、光路長差が適切に調整される。
次いで、ＣＰＵ６１は、物体位置の移動量ΔＺに基づいてＯＣＴフォーカス調整部４９を駆動させることで、ＯＣＴフォーカスを調整する（Ｓ１７）。本実施形態では、図１に示すように、ＯＣＴの測定光束も、観察フォーカス調整部３２を通過する。従って、観察フォーカス調整部３２が駆動されると、ＯＣＴフォーカスも移動する。しかし、手術顕微鏡１の観察光とＯＣＴ光の波長の違い等によって、観察フォーカス調整部３２の駆動量に対する観察フォーカスの移動量とＯＣＴフォーカスの移動量は一致しない場合がある。従って、本実施形態のＣＰＵ６１は、観察フォーカス状態の変化に応じてＯＣＴフォーカス調整部４９も駆動させることで、ＯＣＴフォーカスをより正確に調整する。
なお、ＯＣＴフォーカス調整部４９の駆動量は、測定光学系４３等の光学パラメータに基づいて算出することができる。一例として、中間像位置におけるＯＣＴフォーカスの移動量をΔＺ２、測定光学系４３における結像倍率をβ２、縦倍率をα２、ＯＣＴフォーカス調整部３２の駆動量（本実施形態ではレンズ５２の移動量）をΔＺ３すると、ΔＺ２＝α２×ΔＺ３＝β２ ２×ΔＺ３となる。ΔＺ２は、Ｓ１４で算出される物体位置の移動量ΔＺに応じて定まるので、前述した式からＯＣＴフォーカス調整部３２の駆動量を算出することができる。また、観察目標位置Ｓｔｐと、ＯＣＴフォーカスＯｆを合わせる目標位置がずれている場合（例えば、図６および図７参照）には、ＣＰＵ６１は、Ｓ１５で取得したずれ量も考慮してＯＣＴフォーカス調整部３２を駆動させる。
以上説明したＳ１３〜Ｓ１７の処理が行われることで、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴ光の調整が実行される。その結果、ＯＣＴ部４０の光路長差およびＯＣＴフォーカスは高速且つ容易に調整される。ここで、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴ光の調整のみを実行してもよいが、本実施形態のＣＰＵ６１は、ＯＣＴ信号の解析結果に基づくＯＣＴ光の調整も実行する（Ｓ１９〜Ｓ２２）。その結果、ＯＣＴ光の調整がより適切に行われる。以下詳細に説明する。
まず、ＣＰＵ６１は、受光素子５９を介してＯＣＴ信号を仮取得し、解析する（Ｓ１９）。次いで、ＣＰＵ６１は、解析したＯＣＴ信号のレベルが閾値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０）。ＯＣＴ信号のレベルが閾値以下である場合には（Ｓ２０：ＮＯ）ＣＰＵ６１は、光路長差調整部５６を駆動させて光路長差の微調整を行うと共に（Ｓ２１）、ＯＣＴフォーカス調整部４９を駆動させてＯＣＴフォーカスの微調整を行う（Ｓ２２）。処理はＳ１９へ戻り、ＯＣＴ信号のレベルが閾値より大きくなるまでＳ１９〜Ｓ２２の処理が繰り返される。光路長差およびＯＣＴフォーカスは、観察フォーカス状態の変化に応じて概ね適切に調整されるので、ＯＣＴ信号の解析結果に基づく調整（Ｓ１９〜Ｓ２２）の範囲は狭くすることが可能である。よって、ＯＣＴ光は、高速且つ適切に調整される。ＯＣＴ信号のレベルが閾値よりも大きくなると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、ＯＣＴ信号を正式に取得する（Ｓ２４）。処理はＳ２の判断へ戻る。
なお、ＯＣＴ信号を解析する方法も適宜選択できる。例えば、ＣＰＵ６１は、取得されたＯＣＴ画像の全体の信号を解析してもよい。また、ＣＰＵ６１は、取得されたＯＣＴ画像のうち、ＯＣＴ目標位置Ｏｔｐを中心とする所定範囲の信号を解析してもよい。この場合、ＯＣＴ目標位置Ｏｔｐの近傍におけるＯＣＴ画像の品質がさらに向上する。また、ＣＰＵ６１は、取得されたＯＣＴ画像のうち、ＯＣＴ目標位置Ｏｔｐの近傍の解析結果を、Ｏｔｐから離間した位置の解析結果よりも重視する重み付けを行ってもよい。
図３に例示した観察フォーカス自動調整処理では、手術顕微鏡１による生体の観察中に、常に観察光学系３０のオートフォーカスが実行される。しかし、オートフォーカスの方法を変更することも可能である。例えば、ＣＰＵ６１は、オートフォーカスを実行する指示がユーザによって入力された場合に、観察光学系３０のフォーカス状態を取得してオートフォーカスを実行してもよい。また、オートフォーカスのオンとオフが、ユーザの指示に応じて切り換えられてもよい。
＜観察フォーカス手動調整時処理＞
図３〜図７で例示した観察フォーカス自動調整時処理では、観察フォーカスが自動調整されると共に、観察フォーカス状態の変化に応じてＯＣＴ光も自動調整される。しかし、観察フォーカスがユーザの手動操作（フットスイッチによる操作も含む）によって調整される場合でも、上記実施形態で例示した技術の少なくとも一部を適用できる。
図８を参照して、観察フォーカス手動調整時処理について説明する。観察フォーカス手動調整時処理は、観察フォーカスがユーザの手動操作によって調整される際に実行される処理の一例である。なお、図８に示す処理の一部には、図３に示す観察フォーカス自動調整時処理と同様の処理を採用できる。従って、図３に示す処理と同様の処理を採用できるステップについては、図３に示したステップ番号と同一の番号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図８に示すように、ＣＰＵ６１は、事前処理を行い（Ｓ１）、ＯＣＴ測定光束の走査位置を設定する（Ｓ３０）。図８に示す処理では、ＣＰＵ６１は、走査位置を指定するために操作部６８に入力された指示に応じて、顕微鏡画像上に走査位置を設定する。
次いで、ＣＰＵ６１は、観察フォーカスが手動で調整されたか否かを判断する（Ｓ３１）。図８に示す例では、ユーザは、ディスプレイ６７に表示された顕微鏡画像を確認しながら操作部６８を操作することで、観察フォーカスの調整指示を入力する。ＣＰＵ６１は、ユーザによって入力された指示に応じて観察フォーカス調整モータ３４を駆動させることで、指示に応じた観察フォーカスの調整を実行する。しかし、観察フォーカスを手動で調整する方法は変更できる。例えば、手術顕微鏡１は、観察フォーカス調整モータ３４の代わりに、レンズの鏡筒の手動回転等によって観察フォーカスが調整される構成を備えていてもよい。この場合、ＣＰＵ６１は、観察フォーカス調整部に設けられたポテンショメータ等からの信号に基づいて、観察フォーカス状態の変化を取得してもよい。
観察フォーカスが手動で調整された場合には（Ｓ３１：ＹＥＳ）、観察フォーカス状態の変化（つまり、手動による観察フォーカスの変動）に応じて、ＯＣＴ光が調整される（Ｓ１３〜Ｓ１７）。手動による観察フォーカスの調整が行われていなければ（Ｓ３１：ＮＯ）、ＯＣＴ信号の解析結果に基づくＯＣＴ光の調整のみが行われる（Ｓ１９〜Ｓ２２）。
＜ＯＣＴ部の変更＞
図１で例示した観察システム１００では、手術顕微鏡１とＯＣＴ部４０は一体に構成されている。しかし、図９に示す観察システム１０１のように、ＯＣＴ部４０は、手術顕微鏡１とは別のデバイスであってもよい。この場合、ＯＣＴ部４０は、通信によって制御部６０に接続されている。
また、図１で例示した観察システム１００では、ＯＣＴ測定光束を反射させる反射ミラー２６は、観察フォーカス調整部３２よりも観察光路ＲＳ，ＬＳの下流側（撮影素子３６Ｒ，３６Ｌ側）に設けられている。従って、観察フォーカス調整部３２が駆動されると、ＯＣＴフォーカスも変化する。しかし、反射ミラー２６の位置を変更することも可能である。例えば、図９に示す観察システム１０１のように、反射ミラー２６は、観察フォーカス調整部３２より生体側に設けられていてもよい。この場合、ＯＣＴフォーカスは観察フォーカスとは独立して調整される。従って、制御部６０は、図３および図８で例示したように、観察フォーカス状態の変化に応じて、光路長差の調整（Ｓ１６）とＯＣＴフォーカスの調整（Ｓ１７）を共に実行することが望ましい。
上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、図１〜図７で例示した実施形態では、観察フォーカス状態の変化に応じて、光路長差の調整（Ｓ１６）とＯＣＴフォーカスの調整（Ｓ１７）が共に実行される。その結果、ＯＣＴフォーカスも高速且つ適切に調整される。しかし、図１に示す例では、観察フォーカス調整部３２が駆動されることで、観察フォーカスと共にＯＣＴフォーカスも変化する。従って、観察フォーカス調整部３２が駆動される際の、観察フォーカスの移動量とＯＣＴフォーカスの移動量の差が小さい場合等には、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴフォーカス調整部４９の駆動処理（Ｓ１７）を省略しつつ、観察フォーカス状態の変化に応じた光路長差の調整（Ｓ１６）を実行することも可能である。
また、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴフォーカス調整部４９の駆動処理（Ｓ１７）を実行するか否かを、他の条件に基づいて決定してもよい。例えば、ＯＣＴ部４０によって患者眼Ｅの前眼部の断層画像を撮影する場合等には、分解能を上げるよりも焦点深度を深くすることを優先させるために、ＮＡ調整部４５によって開口数ＮＡを小さくする場合がある。逆に、患者眼Ｅの眼底の断層画像を撮影する場合等には、分解能を上げることを優先させるために、ＮＡ調整部４５によって開口数ＮＡを大きくする場合がある。開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度が浅くなるので、ＯＣＴフォーカス調整部４９によってＯＣＴフォーカスをより正確に調整することが望ましい。従って、制御部６０は、ＮＡ調整部によって調整される開口数ＮＡに応じて、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴフォーカス調整部４９の駆動処理（Ｓ１７）を実行するか否かを決定してもよい。例えば、制御部は、開口数ＮＡが閾値以上であるか否かに応じて、Ｓ１７の処理を実行するか否かを決定してもよい。
また、制御部６０は、観察フォーカス状態の変化に応じた光路長差の調整（Ｓ１６）を省略しつつ、観察フォーカス状態の変化に応じたＯＣＴフォーカス調整部４９の駆動処理（Ｓ１７）を実行してもよい。
また、上記実施形態では、ＯＣＴ信号の解析結果に応じて、ＯＣＴ光路長差の微調整（Ｓ２１）、およびＯＣＴフォーカスの微調整（Ｓ２２）が共に実行される。しかし、Ｓ２１およびＳ２２の処理の少なくともいずれかを省略することも可能である。
１ 手術顕微鏡
１５ 顕微鏡画像
３０ 観察光学系
３２ 観察フォーカス調整部
３６Ｒ，３６Ｌ 撮影素子
３７ 広角観察ユニット
４０ ＯＣＴ部
４１ ＯＣＴ光源
４２ カップラー
４３ 測定光学系
４９ ＯＣＴフォーカス調整部
５４ 参照光学系
５６ 光路長差調整部
５９ 受光素子
６０ 制御部
６１ ＣＰＵ
６７ ディスプレイ
６８ 操作部
８１ 関心領域
８２ 評価領域
８３ 走査位置
１００，１０１ 観察システム

Claims (5)

  1. 手術顕微鏡と、ＯＣＴ信号を取得するＯＣＴ部と、制御部とを備えた眼科用観察システムであって、
    前記手術顕微鏡は、
    観察対象である生体からの観察光束を導光する観察光学系と、
    前記観察光学系における前記観察光束の光路上に設けられ、前記観察光学系のフォーカスを調整する観察フォーカス調整部と、
    を備え、
    前記ＯＣＴ部は、
    ＯＣＴ光源と、
    前記ＯＣＴ光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分割する光分割器と、
    前記参照光束と、前記生体で反射した測定光束の合成によって得られる干渉光を受光する受光素子と、
    前記測定光束の光路上、および前記参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられ、前記測定光束と前記参照光束の光路長差を調整する光路長差調整部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、前記ＯＣＴ部における前記光路長差調整部を駆動させることを特徴とする眼科用観察システム。
  2. 請求項１に記載の眼科用観察システムであって、
    前記制御部は、
    前記手術顕微鏡における前記観察光学系のフォーカス状態を取得し、
    前記観察光学系のフォーカス状態の取得結果に基づいて前記観察フォーカス調整部および前記光路長差調整部を駆動させることを特徴とする眼科用観察システム。
  3. 請求項２に記載の眼科用観察システムであって、
    前記手術顕微鏡は、
    前記観察光学系によって導光された前記観察光束を受光することで、前記生体の顕微鏡画像を撮影する撮影素子をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記撮影素子によって撮影された前記顕微鏡画像を表示手段に表示させると共に、
    前記撮影素子からの信号に基づいて、前記観察光学系のフォーカス状態を取得することを特徴とする眼科用観察システム。
  4. 請求項３に記載の眼科用観察システムであって、
    前記制御部は、
    前記撮影素子によって撮影された前記顕微鏡画像の領域内に関心領域を設定し、
    前記顕微鏡画像のうち、設定した前記関心領域を含む領域である評価領域内における信号に基づいて、前記観察光学系のフォーカス状態を取得することを特徴とする眼科用観察システム。
  5. 手術顕微鏡と、ＯＣＴ信号を取得するＯＣＴ部とを備えた眼科用観察システムを制御する制御装置において実行される眼科用観察制御プログラムであって、
    前記手術顕微鏡は、
    観察対象である生体からの観察光束を導光する観察光学系と、
    前記観察光学系における前記観察光束の光路上に設けられ、前記観察光学系のフォーカスを調整する観察フォーカス調整部と、
    を備え、
    前記ＯＣＴ部は、
    ＯＣＴ光源と、
    前記ＯＣＴ光源から出射された光束を測定光束と参照光束に分割する光分割器と、
    前記参照光束と、前記生体で反射した測定光束の合成によって得られる干渉光を受光する受光素子と、
    前記測定光束の光路上、および前記参照光束の光路上の少なくともいずれかに設けられ、前記測定光束と前記参照光束の光路長差を調整する光路長差調整部と、
    を備え、
    前記眼科用観察制御プログラムが前記制御装置の制御部によって実行されることで、
    前記観察光学系のフォーカス状態の変化に応じて、前記ＯＣＴ部における前記光路長差調整部を駆動させる光路長差調整ステップを前記制御装置に実行させることを特徴とする眼科用観察制御プログラム。
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